Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article propose une définition générique des exosquelettes ainsi qu’une vision structurée des recherches sur ces dispositifs, pour permettre au lecteur de comprendre la technologie et les limites de ces dispositifs, leur grande diversité et les nombreuses difficultés associées à leur développement. L’article s’attache donc à construire une taxonomie permettant de structurer le domaine et de classer les différents dispositifs selon leurs caractéristiques mécaniques et de contrôle, pour ensuite dresser un état de l’art des quatre grands types de dispositifs (assistance, suppléance, rééducation et téléopération), et enfin conclure sur les nombreux challenges et perspectives du domaine.
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The objective of this article is to propose a definition of what is an exoskeleton and to give an organized presentation of the associated research field, to help the reader understanding the technology and limits of these devices, their great diversity and the challenges associated to their development. This article thus focuses on building a taxo- nomy to organize the field and to classify the different existing devices based on their principal mechanical and control characteristics. It then draws a review of the four prin- cipal types of exoskeletons (assistance, compensation, rehabilitation and teleoperation) to finally conclude on the numerous remaining challenges and perspectives.
Auteur(s)
-
Nathanaël JARRASSÉ : - Sorbonne Université, CNRS, INSERM - Institut des systèmes intelligents et de robotique, ISIR 75005 Paris, France
INTRODUCTION
Le contexte actuel du domaine des exosquelettes demeure singulier pour plusieurs raisons.
D’abord, les exosquelettes sont des objets technologiques très visibles et médiatisés. Or, bien qu’il existe une multitude de plates-formes de recherche, peu de ces dispositifs sont réellement disponibles commercialement et utilisés concrètement. La surmédiatisation faite autour de certains produits particuliers tend en effet à occulter la complexité réelle des systèmes actuels, leurs performances limitées, leur absence totale de polyvalence (chaque type de dispositif répondant à un cahier des charges spécifique très contraint) et donc les nombreux challenges technologiques et scientifiques sous-jacents qu’il reste à surmonter.
Comme cela sera montré dans la suite de l’article, la tendance actuelle dans le développement des exosquelettes est à la simplification des dispositifs, avec une réduction du nombre d’articulations et d’actionneurs (au profit d’éléments mécaniques passifs) et un allégement des structures, et donc à une évolution vers des dispositifs revêtus plus écologiques.
Cet article propose donc une taxonomie (construite autour d’une analyse des différentes caractéristiques mécaniques et de contrôle de ces systèmes) qui permet d’organiser et de distinguer plus finement ce domaine des exosquelettes.
À partir de cette analyse technologique, un état de l’art détaillé des dispositifs existants est présenté pour les quatre différents types d’exosquelettes, présentant leurs spécifications respectives ainsi que leurs applications et possibilités actuelles.
Enfin, une réflexion sur les challenges et perspectives du domaine est présentée, abordant les nombreux aspects qui demeurent à considérer pour améliorer ces dispositifs : adaptation au corps et maîtrise de l’interaction et de l’interfaçage physique, transparence des systèmes, partage du contrôle avec l’opérateur et respect des intentions motrices (en lien avec leurs détections et avec une meilleure compréhension du système sensorimoteur humain), gestion de la sécurité et simplicité d’utilisation. En effet, bien qu’un certain nombre de verrous technologiques aient été levés au cours des dernières années, la révolution dans la mise au point et dans l’adoption massive des exosquelettes passera nécessairement par la résolution de ces challenges scientifiques multidisciplinaires et complexes.
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MOTS-CLÉS
exosquelette interaction physique Homme-Robot (ipHR) augmentation assistance rééducation suppléance téléopération
KEYWORDS
exoskeleton | physical Human-Robot interaction (pHRi) | enhancement | assistance | rehabilitation | compensation | teleoperation
DOI (Digital Object Identifier)
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Conclusion
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4. Challenges et perspectives
Malgré le développement exponentiel de plates-formes et des recherches associées, un certain nombre de verrous technologiques et scientifiques subsistent, qui, en limitant les performances des dispositifs actuels, sont en partie responsables de la faible utilisation qui en est faite dans des cadres applicatifs réels.
Évidemment, la question de l’embarquement du contrôle et de l’énergie est un problème pour certaines applications des exosquelettes, mais cela reste un problème générique à tous les dispositifs embarqués et nomades qui bénéficient naturellement d’une attention importante de l’industrie et progressent donc constamment, en particulier pour ce qui concerne les batteries électriques. Toutefois, au-delà de ce seul aspect, la conception d’un exosquelette pose plusieurs problèmes spécifiques.
4.1 Cahier des charges mécaniques aux exigences antagonistes
Comme il a été évoqué, un exosquelette doit être capable de s’interfacer et d’agir sur le corps humain, qui est lui-même une structure très complexe du point de vue de la mécanique et de la cinématique. Un exosquelette possède donc généralement un nombre important d’articulations motorisées, ayant chacune un large débattement (afin de pouvoir suivre les mouvements du corps humain dont l’espace de travail est vaste) et devant être capable de générer des forces élevées pour soutenir, assister ou augmenter les capacités motrices du sujet, mais aussi de générer, ou suivre sans entraver, des mouvements humains dont la dynamique peut être très rapide. En outre, les exosquelettes étant généralement des structures visant à être embarquées sur le sujet, s’ajoute aussi le problème du poids de l’ensemble, qui, comme on l’a vu dans la section 2.1, vient souvent fortement contrebalancer l’augmentation des performances offertes par l’exosquelette, au point parfois d’avoir l’effet inverse en diminuant finalement les capacités de l’opérateur.
La difficulté...
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BIBLIOGRAPHIE
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(6) - ZAROODNY (S.J.) - Bumpusher-a powered aid to locomotion. - Technical report, BALLISTIC RESEARCH LABS ABERDEEN PROVING GROUND MD (1963).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Robots et dispositifs robotiques – Exigences de sécurité pour les robots industriels – Partie 1 : robots - NF EN ISO 10218-1 - Août 2011
-
Robots et dispositifs robotiques – Exigences de sécurité pour les robots industriels – Partie 2 : système robots et intégration - NF EN ISO 10218-2 - Août 2011
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